CN103155382A - 电机中的定子组件的内部冷却 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种电机模块，所述电机模块包括具有定子组件的电机。定子组件包括联接在一起的多个定子叠片和定位成通过多个定子叠片的轴向狭槽的多个导体。电机模块还包括至少部分地限定在轴向狭槽和壳体内的冷却剂通道。壳体至少部分地环绕电机并且至少部分地限定了机器腔，所述机器腔与冷却剂通道流体连通。

Description

电机中的定子组件的内部冷却

相关申请

本国际申请要求在2010年10月4日提交的美国专利申请No.12/897,677的优先权，其全部内容在此以援引的方式并入本发明。

背景技术

通常包含在壳体中的电机一般由定子组件和转子构成。在电机运转期间，能够由定子组件和转子以及其它电机部件产生大量的热能。传统冷却方法包括通过与填充有冷却剂的封套进行强制对流来去除产生的热量。冷却剂套通常包含在壳体壁内或者壳体壁外。

发明内容

一些实施例提供了包括具有定子组件的电机的电机模块。定子组件包括联接在一起的多个定子叠片和多个导体，所述导体定位成通过多个定子叠片的轴向狭槽。电机模块还包括冷却剂通道，所述冷却剂通道至少部分地限定在轴向狭槽和壳体内。壳体至少部分地限制了电机并且至少部分地限定了机器腔，所述机器腔与所述冷却剂通道流体连通。

一些实施例提供了一种包括具有定子组件的电机的电机模块。定子组件包括联接在一起的多个定子叠片和多个导体，所述导体定位成通过多个定子叠片的轴向狭槽。多个定子叠片包括至少第一组定子叠片和定位成毗邻第一组定子叠片的第二组定子叠片。电机模块还包括冷却剂通道，所述冷却剂通道至少部分地限定在多个定子叠片的轴向狭槽内。第二组定子叠片各个均包括附加槽口，所述槽口从轴向狭槽径向向外延伸并且与冷却剂通道流体连通。第一组定子叠片各个均包括外槽口，所述外槽口与轴向狭槽分离开并且从所述轴向狭槽径向向外而且与附加槽口流体连通。电机模块还包括冷却剂套，所述冷却剂套至少部分地环绕电机并且与第一组定子叠片的外槽口流体连通。

一些实施例提供了冷却电机模块的方法。所述方法可以包括提供包括定子组件的电机。定子组件包括具有轴向狭槽的多个定子叠片和限定成穿过轴向狭槽的冷却剂通道。所述方法还包括提供至少部分地环绕电机的壳体。壳体包括冷却剂套和套筒构件，所述套筒构件至少部分地使得冷却剂套与电机分开。套筒构件包括与冷却剂套流体连通的冷却剂通路和多个定子叠片。所述方法还包括将多个定子叠片定位成使得冷却剂通路与冷却剂通道流体连通，从而将冷却剂引入到冷却剂套中，并且使得冷却剂从冷却剂套环流通过冷却剂通道而且通过冷却剂通路，以冷却电机。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的电机模块的透视图；

图2是根据本发明的另一个实施例的电机模块的局部正视剖视图；

图3A是根据本发明的一个实施例且包括第一叠片设计的定子叠片的局部侧视剖视图；

图3B是根据本发明的一个实施例且包括第二叠片设计的定子叠片的局部侧视剖视图；

图3C是根据本发明的一个实施例且包括第三叠片设计的定子叠片的局部侧视剖视图；

图3D是根据本发明的一个实施例的叠置在一起的多个定子叠片的局部正视剖视图；

图4是根据本发明的一个实施例的定子组件的局部正视剖视图；

图5是与图4的定子组件一起使用的槽衬的透视图。

具体实施方式

在详细解释本发明的任何实施例之前，应当理解的是，本发明并不局限于其应用于在以下描述中所陈述的或者在以下附图中所图解的构造细节以及部件的布置方案。本发明能够是其它实施例并且能够以各种方式加以实践或予以实施。此外，应当理解的是，在本文中所使用的词组和术语为描述目的并且不应当认为是限制。使用“包含”、“包括”、或“具有”以及本文中它们的变体意味着包含此后所列举的条目和它们的等效物以及附加的条目。除非明确规定或其它限制，广义使用术语“安装的”、“连接的”、“支撑的”、和“联接的”以及它们的变体，以及所述术语包括直接和间接的安装件、连接件、支撑件、和联接件、而且，“连接的”和“联接的”并不受限于物理或机械连接件或联接件。

呈现以下讨论，以便使得本领域中的技术人员能够制造和使用本发明的实施例。对于本领域中的那些技术人员而言，所解释的实施例的多种变形方案是显而易见的，并且在不背离本发明的实施例的前提下，本文中的通用原则能够应用于其它实施例和用途。因此，本发明的实施例并不旨在局限于所示出的实施例，而是将被赋予由在本文中所公开的原则和特征构成的最宽泛的范围。将参照附图理解以下详细的描述，在所述附图中，不同附图中的相同元件具有相同的附图标记。所述附图不必成比例地描绘所选定的实施例以及并不旨在限制本发明的实施例的范围。熟练的技术工人将认可的是，在本文中提供的示例具有许多有用的替代方案并且替代方案落入在本发明的实施例的范围内。

图1图解了根据本发明的一个实施例的电机模块10。电机模块10能够包括壳体12，所述壳体包括套筒构件14、第一端盖16、和第二端盖17。电机18能够容置在机器腔20内，所述机器腔至少部分地由套筒构件14和端盖16、17所限定。壳体12能够至少部分地环绕电机18。例如，套筒构件14和端盖16、17能够通过紧固件（未示出）或另一种适当的联接方式联接，以便将电机18封装在机器腔20内。在其它实施例中，壳体12能够包括基本封闭的大体圆筒形的筒和单个端盖（未示出）。

电机18能够包括转子22、包括多个定子叠片26的定子组件24、通过定子叠片26形成的轴向狭槽30的多个导体28、和导体端部匝32。电机18还能够包括轴承34，并且能够布置成围绕主输出轴34。如图1所示，定子组件24能够环绕转子22，并且能够在旋转转子22和固定的定子组件24之间存在径向空气间隙38。在一些实施例中，电机18还能够包括转子轮毂40或能够具有“无轮毂”设计（未示出）。电机18能够但是不局限于是电动机，诸如混合电动机、发电机、车辆用交流发电机。在一个实施例中，电机18能够是在混合驱动车辆中使用的高压U形（High Voltage Hairpin（HVH））电动机。

电机18的诸如但不局限于导体28的部件能够在电机18运转期间产生热量。能够冷却这些部件，以增强电机18的性能并且延长电机18的使用寿命。

在一些实施例中，如图1所示，套筒构件14（或者一些实施例的基本封闭的大体圆筒形的筒）能够包括内部冷却剂套42。在其它实施例中，如图2所示，冷却剂套42能够由套筒构件14的外径和诸如变速器壳体的外侧壳体44的内径所限定。冷却剂套42能够基本环绕或者至少部分地包围定子组件24并且能够包含冷却剂（例如，乙二醇、水/乙二醇的混合物、油、传动液或者类似的物质）。冷却剂套42能够与流体源（未示出）流体连通，所述流体源能够在冷却剂被分配到冷却剂套42中之前或者之时加压所述冷却剂，以便加压的冷却剂能够环流通过冷却剂套42。在冷却剂环流通过冷却剂套42时能够将由电机12产生的热能传递到冷却剂，从而使得电机12降温。在冷却剂环流通过冷却剂套42之后，能够将冷却剂引向传热元件（例如，散热器、热交换器等），所述传热元件能够从冷却剂移除热量。

在一些实施例中，套筒构件14（或者一些实施例中基本封闭的大体圆筒形的筒）能够包括介于冷却剂套42和机器腔20之间的一条或者多条冷却剂通路46。冷却剂通路46能够定位成流动通过冷却剂套42的部分冷却剂能够流动通过冷却剂通路46朝向定子组件24。例如，在一个实施例中，冷却剂通路46能够定位成通过套筒构件14的内壁48，所述内壁48直接毗邻定子组件24，如图1所示。在一些实施例中，冷却剂通路46能够径向定位成围绕电机模块10的至少一部分。

能够相对于彼此定位多个定子叠片26，以允许流动通过冷却剂通路46的冷却剂抵达轴向狭槽30。例如，在一个实施例中，如图3A至图3D所示，多个定子叠片26能够具有三种不同的叠片设计。所有三种叠片设计能够包括位于基本相同的径向位置处的轴向狭槽30，使得当叠置定子叠片26时，如下文所描述的那样轴向冷却剂通道54能够形成为贯通定子叠片26的堆，从而允许冷却剂流动通过定子组件24。

定位成基本直接从冷却剂通路44径向向内的定子叠片26中的一个或者多个能够包括第一叠片设计。如图3A和3D所示，具有第一叠片设计的定子叠片26能够各个均包括轴向狭槽30以及从每个轴向狭槽30径向向外的外槽口50。外槽口50能够与轴向狭槽30分开并且与冷却剂通路46流体连通，以为了接收冷却剂。

直接与具有第一叠片设计的定子叠片26毗邻的定子叠片26中的一个或多个能够包括第二叠片设计。如图3B和图3D所示，具有第二叠片设计的定子叠片26能够各个均包括轴向狭槽30以及附加槽口52，所述附加槽口从轴向狭槽30径向向外突出。当定子叠片26叠置在一起时，附加槽口52能够与外槽口50流体连通，以便由外槽口50接收的冷却剂能够流动通过附加槽口52至轴向狭槽30。

如图3C和图3D所示，具有第三叠片设计的定子叠片26能够各个均包括轴向狭槽30并且能够定位成从具有第二定子叠片设计的定子叠片26轴向向外（即，具有第三叠片设计的定子叠片26能够仅仅直接毗邻具有第二叠片设计的定子叠片26，而具有第二叠片设计的定子叠片26能够直接与具有第三叠片设计的定子叠片26以及具有第一叠片设计的定子叠片26毗邻）。如上所述，所有三种叠片设计均能够包括处于基本相同的径向位置处的轴向狭槽30，以便一旦冷却剂抵达第二叠片设计的定子叠片26的轴向狭槽30，冷却剂就能够流动通过第一、第二和/或第三叠片设计的毗邻的定子叠片26的轴向狭槽30。使用上述构造，叠片堆能够组装成实心堆，但同时仍然提供冷却剂从冷却剂套42向定子组件24的定子芯行进的路径。

在一些实施例中，定子叠片26（即，第一、第二和/或第三叠片设计的定子叠片26）的轴向狭槽30能够大于传统定子组件的轴向狭槽。定子叠片26能够限定冷却剂通道54。更具体地，如图2和图4所示，轴向狭槽30中的每一条均能够大到足以向多个导体30以及冷却剂通道54提供所需的空间。而且，在一些实施例中，如图4所示，轴向狭槽30中的每一条均具有弯曲的内端部部分56。

槽衬58能够定位成在定子组件24的整个轴向长度上并且通过轴向狭槽30中的每一个，并且多个导体28能够定位成通过槽衬58。在一些实施例中，槽衬58能够抵靠轴向狭槽30的弯曲的内端部部分56基本向上弯曲。结果，如图4所示，冷却剂通道54能够限定在槽衬58的内表面和径向最靠外的导体28的外表面之间。

在一些实施例中，定位成毗邻具有第二叠片设计的定子叠片26的槽衬58的区域能够包括槽孔60，如图5所示。槽孔60能够与冷却剂通路46和冷却剂通道54流体连通。而且，槽孔60能够允许冷却剂从附加槽口52流经槽孔60至轴向狭槽30。更加特别地，冷却剂能够从冷却剂套42流经冷却剂通路46，所述冷却剂通路46能够至少部分地使得冷却剂套42与冷却剂通道54流体相连。然后冷却剂能够流动通过外槽口50经过附加槽口52并且穿过槽孔60进入到冷却剂通道54的轴向狭槽30内。在其它实施例中，槽孔54能够沿着槽衬52的轴向长度位于其它区域，以便允许冷却剂从附加槽口52抵达冷却剂通道54。另外，在其它实施例中，冷却剂通道54能够限定在弯曲的内端部部分56的表面和槽衬58的外表面之间，或者部分地位于弯曲的内端部部分56的表面和槽衬58的外表面之间而且部分位于槽衬58的内表面和径向最靠外的导体28的外表面之间。

通过使得冷却剂通过冷却剂通道54，冷却剂能够直接有助于冷却在定子组件24的基本整个轴向长度上的多个导体28。更具体地，冷却剂能够通过轴向狭槽30抵达径向最靠外的导体28，以帮助冷却多个导体28。冷却剂通道构造能够帮助消除在传统电动机模块中位于产生热量的导体28和冷却剂之间的多个热阻（即，在必须通过多个介质传导热量，以抵达冷却剂套42的情况中）。冷却剂通道构造还能够有助于最小化在使用传统冷却系统的电机内产生的热点。而且，冷却剂通道54能够与机器腔20流体连通。更具体地，一旦冷却剂抵达定子组件24的轴向端部，冷却剂就能够从冷却剂通道54流出并且进入到机器腔20中。在一些实施例中，冷却剂能够从冷却剂通道54流出并且被引向到端部匝32上（例如，通过离心力和/或其它引导构件）。

在一些实施例中，第一叠片设计的定子叠片26和第二叠片设计的定子叠片26能够分别包括用于每个轴向狭槽30的外槽口50和附加槽口52，以使得冷却剂通过每个轴向槽30。在其它实施例中，具有第一叠片设计和第二叠片设计的定子叠片26能够分别包括用于替代性轴向狭槽30的外槽口50和附加槽口52，以为了使得冷却剂通过仅仅一些轴向槽30。

在其它实施例中，定子叠片能够包括其它叠片设计，以使得冷却剂通路46和冷却剂通道54之间流体连通。

在一些实施例中，定子导体28能够包括涂敷有粘合剂的可粘合的引线。一旦加热，粘合剂能够起作用并且将引线固定在合适位置中。而且，能够清漆浸渍端部匝32。

在一些实施例中，其它喷嘴或者冷却剂孔（未示出）能够定位成贯通定子组件24的轴向端部附近的内壁48，以允许将冷却剂分配到机器腔20中，例如，朝向端部匝32。在一些实施例中，上述冷却剂通道构造能够减小或者消除对喷射流或者冷却剂孔的需求。

在一些实施例中，一小部分冷却剂能够从冷却剂通道54泄漏到径向空气间隙38中。冷却剂通道54能够定位成一小部分泄漏出的冷却剂不足以导致在电机18运转期间剪切力损失过多转矩。在一些实施例中，更大的轴向狭槽30能够略微增加定子组件24的磁阻，尽管轴向狭槽30的位置通常不是电机18内拥有最高磁通密度的区域。另外，在使用上述冷却剂通道构造的同时获得的冷却能力能够超过性能中的任何减小（或者电机尺寸的增加）。

尽管已经结合具体的实施例和示例描述了本发明，但是对于本领域中的那些技术人员显而易见的是，本发明不必受如此局限，并且多种其它实施例、示例、用法以及实施例、示例和用法的修改方案和变更均旨在包含在随附权利要求中。所引用的每个专利和公报的全部空开均以援引的方式并入本文中，就想每个这样的专利或公报均单独地以援引的方式并入本文中。在以下的权利要求中陈述本发明的多种特征和优势。

Claims (20)

1.一种电机模块，所述电机模块包括：

电机，所述电机包括定子组件，所述定子组件包括联接在一起的多个定子叠片和定位成通过所述多个定子叠片的轴向狭槽的多个导体；

冷却剂通道，所述冷却剂通道至少部分地限定在所述轴向狭槽内；和

壳体，所述壳体至少部分地环绕所述电机并且至少部分地限定机器腔，所述冷却剂通道与所述机器腔流体连通。

2.根据权利要求1所述的电机模块，其中，所述壳体包括套筒构件，所述套筒构件具有冷却剂套，所述冷却剂套基本环绕所述定子组件，所述套筒构件包括至少一个冷却剂通路，所述冷却剂通路至少部分地使得所述冷却剂套与所述冷却剂套通道流体相连。

3.根据权利要求2所述的电机模块，其中，所述多个定子叠片至少包括第一组定子叠片和定位成毗邻所述第一组定子叠片的第二组定子叠片。

4.根据权利要求3所述的电机模块，其中，所述第一组定子叠片和所述第二组定子叠片提供了所述冷却剂通路和所述冷却剂通道之间的流体连通路径。

5.根据权利要求2所述的电机模块，并且所述电机模块还包括多个槽衬，所述槽衬定位成通过所述轴向狭槽并且定位在所述定子组件的整个轴向长度上，所述多个槽衬中的至少一部分包括槽孔，并且所述槽孔允许所述冷却剂通道和所述冷却剂通路之间流体连通。

6.根据权利要求4所述的电机模块，其中，所述冷却剂通道至少部分地限定在所述槽衬的内表面和所述多个导体中的至少一些的外表面之间。

7.根据权利要求5所述的电机模块，其中，所述定子组件包括导体端部匝。

8.根据权利要求6所述的电机模块，其中，所述冷却剂能够被分配到所述冷却剂套中，流动通过所述冷却剂通路并且经过所述槽孔进入到所述冷却剂通道中而且朝向所述导体端部匝，以冷却所述电机。

9.根据权利要求1所述的电机模块，并且所述电机模块还包括外侧壳体和位于所述外侧壳体和所述壳体的套筒构件之间的冷却剂套，所述冷却剂套大体环绕所述定子组件并且包括至少一条冷却剂通路，并且所述至少一条冷却剂通路至少部分地使得所述冷却剂套与所述冷却剂通道流体相连。

10.一种电机模块，所述电机模块包括：

电机，所述电机包括定子组件，所述定子组件包括联接在一起的多个定子叠片和定位成通过所述多个定子叠片的轴向狭槽的多个导体，所述多个定子叠片至少包括第一组定子叠片和第二组定子叠片，所述第二组定子叠片定位成毗邻所述第一组定子叠片；

冷却剂通道，所述冷却剂通道至少部分地限定在所述多个定子叠片的轴向狭槽内；

所述第二组定子叠片各个均包括附加槽口，所述附加槽口从所述轴向狭槽径向向外延伸并且与所述冷却剂通道流体连通；

所述第一组定子叠片各个均包括外槽口，所述外槽口与所述轴向狭槽分离开并且从所述轴向狭槽径向向外而且与所述附加槽口流体连通；和

冷却剂套，所述冷却剂套至少部分地环绕所述电机并且与所述第一组定子叠片的所述外槽口流体连通。

11.根据权利要求10所述的电机模块，其中，所述多个定子叠片包括第三组定子叠片，所述第三组定子叠片定位成毗邻所述第二组定子叠片并且从所述第二组定子叠片轴向向外。

12.根据权利要求10所述的电机模块，并且所述电机模块还包括壳体，所述壳体包括套筒构件，其中，所述套筒构件至少部分地限定所述冷却剂套。

13.根据权利要求10所述的电机模块，其中，所述套筒构件包括冷却剂通路，所述冷却剂通路使得冷却剂套与所述外槽口之间流体连通。

14.根据权利要求10所述的电机模块，并且所述电机模块还包括多个槽衬，所述槽衬定位成通过所述轴向狭槽并且定位在所述定子组件的整个轴向长度上，所述槽衬包括定位成毗邻所述第二组定子叠片的槽孔，所述槽孔使得所述轴向狭槽和所述第二组定子叠片的所述附加槽口之间流体连通。

15.根据权利要求14所述的电机模块，其中，所述多个导体定位成通过所述槽衬，并且所述冷却剂通道至少部分地限定在所述槽衬的内表面和径向最靠外的导体的外表面之间。

16.根据权利要求14所述的电机模块，其中，所述定子组件包括端部匝。

17.根据权利要求16所述的电机模块，其中，所述冷却剂能够被分配到所述冷却剂套中，流动通过所述外槽口经过所述附加槽口进入到所述冷却剂通道中并且朝向所述端部匝，以冷却所述电机。

18.根据权利要求10所述的电机模块，所述电机模块还包括外侧壳体，所述外侧壳体至少部分地限定了冷却剂套。

19.用于冷却电机模块的方法，所述方法包括：

提供电机，所述电机包括定子组件，所述定子组件包括具有轴向狭槽的多个定子叠片和限定贯穿轴向狭槽的冷却剂通道；

提供至少部分地环绕所述电机的壳体，所述壳体包括冷却剂套和套筒构件，套筒构件至少部分地使得所述冷却剂套与所述电机分离开，所述套筒构件包括与所述冷却剂套和所述多个定子叠片流体连通的冷却剂通路；

将所述多个定子叠片定位成使得所述冷却剂通路与所述冷却剂通道流体连通；

将所述冷却剂引入到所述冷却剂套中；和

使得所述冷却剂从所述冷却剂套循环通过所述冷却剂通道并且经过所述冷却剂通路，以冷却所述电机。

20.根据权利要求19所述的用于冷却电机的方法，其中，所述套筒构件至少部分地限定了机器腔，其中，所述冷却剂通道与所述机器腔流体连通，并且还包括使得所述冷却剂从所述冷却剂通道循环进入到所述机器腔内。

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